Name: Optimización, pruebas y diagnóstico de propulsores Hall miniatura (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-02-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 22 s
Description: Aprende a optimizar y diagnosticar propulsores Hall miniatura mediante sistemas automatizados de hardware y software. Este protocolo evalúa el rendimiento en instalaciones de simulación espacial, mejorando la eficiencia de los sistemas de propulsión eléctrica.

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Este trabajo fue financiado en parte por OSTIn-SRP/EDB, la Fundación Nacional de investigación (Singapur), académico investigación fondo AcRF Tier 1 RP 6/16 (Singapur) y el George Washington Instituto de nanotecnología (Estados Unidos). I. L. reconoce el apoyo de la escuela de química, física y mecánica, ciencia y Facultad de ingeniería, Universidad Tecnológica de Queensland.

Aquí presentamos los protocolos para la evaluación de rendimiento y procedimiento de calibración de empuje, empuje independiente verificación mediante perfilometría medición y penacho de null a través de la detección in situ de datos espaciales.
1. evaluación de calibración procedimiento y empuje rendimiento de empuje
<ol><li>Asegúrese de que todos los componentes están instalados en la cámara como se muestra en la figura 5.</li>
	<li>Probar la conectividad de las herramientas de diagnóstico externamente antes de sellar la cámara.</li>
	<li>Utilice el control de la instalación integrada para sellar la cámara.</li>
	<li>Encender las bombas de vacío en el orden en cascada a partir de las bombas secas (hasta que la cámara alcance 1 Pa), bombas turbo-moleculares (hasta ~ 5 x 10-4 Pa) y luego las bombas criogénicas. Nota: Se deja AFPC a bomba para alto vacío (< ~ 10-5 Pa) para simular el entorno espacial. El protocolo puede hacer una pausa aquí.</li>
	<li>Utilice las aplicaciones desarrolladas para sincronizar los dispositivos con el transponder inalámbrico en la cámara. El proceso de sincronización es completado cuando el diodo electroluminoso (LED) en el transpondedor deja de parpadear.</li>
	<li>Una vez obtenido el vacío deseado, tome una lectura inicial (voltaje analógico) desactivar el sensor de desplazamiento láser como base.</li>
	<li>Utilizar la aplicación desarrollada para desencadenar el bajar de peso (una masa exactamente conocida y calibrado de lazo de cobre) para la traducción de la fuerza en la etapa de quadfilar. Nota: La masa de cada lazo de cobre depende de la sensibilidad deseada de la fase de quadfilar se utiliza. En este caso, la masa de cada lazo de cobre fue en el orden de 100 mg para el régimen extendido calibración y 10 mg para el régimen de calibración fina. Vea los resultados representativos para obtener más información.</li>
	<li>Registro del desplazamiento (tensión analógica) desde el sensor de desplazamiento láser cuando se desencadena después de que la masa está completamente bajada y su peso se traduce en una fuerza horizontal.</li>
	<li>Repita el proceso (pasos 1.7 y 1.8) de bajar los pesos y el registro del desplazamiento de la etapa de quadfilar hasta que se expanden todos los pesos de calibración. Todos los pesos automáticamente volverá a la posición de equilibrio por la unidad de calibración una vez finalizada la secuencia para permitir la etapa de quadfilar llegar a una posición de equilibrio antes de hélice puede ser despedido. Guardar el factor de calibración ( archivo | Guardar como | "Factor.txt").</li>
	<li>Dibujar una curva de calibración para obtener el factor de calibración para el sistema instalado en la etapa de quadfilar, donde el factor de calibración (en mN/V) es la pendiente de la gráfica fuerza/tensión.</li>
	<li>Registrar un voltaje analógico de línea de base del sensor de desplazamiento láser otra vez antes de disparar la hélice.</li>
	<li>Activar la situ en programa MATLAB para el cálculo de empuje instantáneamente usando la ecuación 3 (ver resultados representativos) y el factor de calibración en paso 1.9 de entrada ( archivo | Abierto | "Factor.txt").</li>
	<li>Los empujadores entonces dispararon otra vez. Capturar los parámetros deseados en tiempo real utilizando el programa de adquisición de datos internos. Nota: Como alternativa, una aplicación integrada se puede utilizar para automatizar completamente el proceso de calibración y sincronización de la secuencia de actuación de los motores y adquisición de datos de los sensores en consecuencia.</li>
</ol>2. Protocolo de medición para la verificación independiente de empuje de null
<ol><li>En primer lugar, tomar una lectura de referencia (tensión analógica) (desde el sensor de desplazamiento láser) de la hélice en posición de equilibrio.</li>
	<li>Cambiar parámetros de funcionamiento a valores deseados desde el panel de control de la hélice y la hélice del fuego.</li>
	<li>Una vez que la hélice se dispara, espere a que las oscilaciones en el péndulo de quadfilar para estabilizar.</li>
	<li>Después de la quadfilar se estabiliza a un estado estacionario, utilizar la aplicación de control para el sistema de medición nula para desencadenar el bajar de peso. Las lecturas del sensor de desplazamiento láser son monitoreadas al mismo tiempo. Los pesos se reducen continuamente hasta que se active la etapa quadfilar en equilibrio.</li>
	<li>Una vez alcanzada la posición de equilibrio, terminar la secuencia de actuación y determinar la fuerza necesaria para que el sistema de quadfilar regresar al equilibrio.</li>
	<li>Activar un bloque de tope para dejar la etapa de quadfilar de movimiento.</li>
	<li>Calcular la masa correspondiente a la fuerza horizontal necesaria para tirar el sistema en equilibrio.</li>
</ol>3. actuación de torretas robóticas para datos espaciales in situ detección y penacho de perfilometría
Nota: Durante el funcionamiento de la hélice, un operador puede optar por activar el sistema manualmente a los ángulos deseados para obtener características de pluma en particular lugares o desencadenar una secuencia automatizada.
<ol><li>Monte la hélice en una etapa móvil (como en el caso de la AFPC) antes de comenzar el experimento.</li>
	<li>Activar el mecanismo de la barra de tope para impedir que la etapa de actuación durante el experimento.</li>
	<li>Activar el protocolo de medición y servo motor para accionar la sonda en la posición 0°.</li>
	<li>Adquirir una medición de la sonda. Nota: Dependiendo del tipo de sondas instaladas, los procesos de medición pueden variar según la secuencia programable para la obtención de perfiles completa pluma espacial de la descarga. (a) si se instala una sonda de Faraday, se toma una lectura de un medidor de la fuente (donde un sesgo de -30 V continuamente se aplica a los anillos de guardia). (b) si se instala una sonda de Langmuir, una forma de onda de voltaje del diente de sierra se suministra a la sonda y las características i-v se obtiene y se interpretan. (c) si se instala un RPA, una forma de onda diente de Sierra de tensión se aplica a la red discriminar, y las características i-v se obtiene y se interpretan.</li>
	<li>Accionar el motor de servo utilizando el microcontrolador, para pasar a la siguiente posición angular donde se activa la secuencia de la sonda para hacer una medición otra vez.</li>
	<li>Guardar las mediciones en matrices individualmente marcados en una matriz de datos.</li>
	<li>Repita los pasos del 3.5 y 3.6 hasta un completo barrido hasta 180° se ha realizado, y la sonda se trajo de vuelta a 0°.</li>
	<li>Analizar los datos guardados.</li>
</ol>

Los autores no declaran a financieros o de otros los intereses en competencia.

Typical sala tipo propulsores44 son relativamente simples, baratos y dispositivos muy eficientes que podrían acelerar un flujo de iones a las velocidades de varias decenas de km/s, proporcionando el empuje requieren para acelerar los satélites y naves espaciales, así como para maniobras, orientación, posición y control de actitud y de órbita al final de su vida útil de operación. Solicitud de sala de propulsores en satélites y otras cargas orbitales mejoran la vida de la misión, permite transferen...

Renovado interés en la industria espacial en parte sido catalizado por sistemas de propulsión eléctrica altamente eficiente que entrega mayor capacidades de misión en lanzamiento cada vez más reducida cuesta1,2,3. Muchos tipos diferentes de dispositivos de propulsión eléctrica del espacio recientemente se han propuesto y probado4,5,6,7,8 apoyado por el interés actual en el espacio exploración9,10. Entre ellos, ion cuadriculada11,12 y sala tipo propulsores13,14 son de interés primario debido a su capacidad para alcanzar la eficacia muy alta de alrededor del 80%, superior a la de cualquier hélice de química, incluyendo los sistemas más eficientes de oxígeno-hidrógeno, la eficiencia de la que se limita a unos 5000 m/s por el principal físico leyes15,16,17,18.
Completa y fiable prueba de propulsores espacio miniatura normalmente requiere un gran complejo de instalaciones de prueba que incluyen cámaras de prueba, instrumentos de control y diagnóstico, instalaciones de vacío (bombas), un sistema para la medición de los parámetros de plasma 19y una amplia gama de equipos auxiliares que sustentan el funcionamiento de la hélice, como un sistema de suministro de energía eléctrica, propulsor de alimentación, de empuje soporte de medición y muchos otros20,21. Por otra parte, una hélice de propulsión espacial típica consta de varias unidades que influyen por separado en la eficiencia y vida útil de todo el sistema de empuje y por lo tanto, podría ser probada por separado y como parte de la hélice Asamblea22, 23. Significativamente Esto complica los procedimientos de prueba e implica prueba largo períodos24,25. Fiabilidad de la unidad de cátodo de una hélice, así como funcionamiento de propulsores cuando se utilizan diferentes propulsores también requiere consideración especial26,27.
Para cuantificar el rendimiento de un sistema de propulsión eléctrica y para calificar los módulos para la implementación de operativo en misiones espaciales, de tierra instalaciones que permiten la simulación de espacio realista de pruebas ambientes son necesarios para las pruebas de propulsión multi escala unidades28,29,30. Un ejemplo de tal sistema es una cámara de simulación de ambiente espacio escala grande situada en el espacio propulsión centro-Singapur (SPC-S, Figura 1a, b)31. En el desarrollo de un entorno de simulación, las siguientes consideraciones primarias y secundarias deben tomarse en cuenta. Principales preocupaciones están que el ambiente así creado espacio debe simular exactamente y confiablemente un entorno realista de espacio, y los sistemas de diagnóstico incorporado deben proporcionar diagnósticos precisos y exactos durante la evaluación del desempeño de un sistema. Preocupaciones secundarias son que los entornos de un espacio simulado deben ser altamente personalizables para permitir una instalación rápida y pruebas de propulsión diferentes módulos de diagnóstico y el medio ambiente deben ser capaces de albergar pruebas de alto rendimiento para optimizar descarga y condiciones operacionales de múltiples unidades simultáneamente.
Simuladores de ambiente de espacio e instalaciones bombeos
Aquí ilustramos dos simulación servicios SPC-S que se han implementado para la prueba de sistemas de propulsión eléctrica miniatura, así como módulos. Estos dos son de diferentes escalas y principalmente tienen diferentes funciones en el proceso de evaluación de desempeño, como se indica a continuación.
Cámara de actuación espacial de plasma grande (AFPC)
La AFPC tiene unas dimensiones de 4,75 m (longitud) x 2,3 m (diámetro) y tiene un vacío de bombeo suite que consta de numerosas bombas de alta capacidad, trabajando en tándem. Es capaz de alcanzar una presión de base menor que 10-6 PA. Tiene un vacío de lectura y bomba de activación/purga sistema de control integrado para evacuación y depuración de la cámara. Está equipado con numerosas pestañas personalizables, pasantes eléctricos y portas diagnóstico visuales para proporcionar facilidad de prueba de línea. Esto, junto con un conjunto completo de capacidades de diagnóstico montado internamente, le permite ser modificado rápidamente para diagnóstico multimodal. La escala de la AFPC también permite probar módulos totalmente integrados para aplicaciones en un entorno simulado.
AFPC es el SPC-S insignia espacio simulación para el medio ambiente (figura 1C, d). Su tamaño permite pruebas de módulos completos de hasta unos pocos U montado en una etapa de quadfilar. La ventaja de este método sería la visualización en tiempo real de cómo pueden influir en los módulos de propulsión como montado sobre diferentes cargas in situ maniobras de cargas en el espacio. Esto es simulado a través de la fijación y suspensión de la carga total en una quadfilar propiedad de empuje plataforma de medición. La hélice puede entonces ser despedida, y la plataforma suspendida con la hélice y la carga útil sería probada según las condiciones del espacio. Materias primas gas propelente que ingrese el entorno de prueba a través de los módulos de propulsión eléctrica se bombean eficientemente por el conjunto vacío para asegurar que la presión total de la cámara no se altera, así, mantener un ambiente de espacio realista32 ,33,34. Además, sistemas de propulsión eléctrica por lo general implican la producción de plasmas y explotan la manipulación de las trayectorias de partículas cargadas que salen del sistema con el fin de generar empuje35. En pequeños entornos de simulación, la acumulación de fundas de carga o plasma en la pared puede afectar al rendimiento de la descarga a través de interacciones de plasma de la pared debido a su proximidad con el sistema de propulsión, especialmente para micropropulsion donde típico empuje los valores son del orden de millinewtons. Por lo tanto, especial atención y énfasis deben hacerse responsables y marginar a las contribuciones de tales factores36. Gran tamaño de la AFPC minimiza las interacciones de plasma de la pared, hacen insignificante, dando una representación más precisa de los parámetros de descarga y permitir monitoreo de perfiles de pluma en módulos de propulsión eléctrica. La AFPC se utiliza normalmente en módulo completo sistemas de integración y optimización procesos de evaluación y que permite la traducción rápida de prototipos de la hélice en los sistemas operacionalmente listos para pruebas en preparación para la calificación de espacio de suelo.
Simulador de ambiente plasma escala espacial (PSEC)
El PSEC tiene unas dimensiones de 65 x 40 cm x 100 cm y tiene un conjunto vacío de bombeo que consta de seis bombas de alta capacidad trabajando en tandem (bomba de vacío seca, bombas de vacío turbomoleculares y crio). Es capaz de lograr una base inferior a 10-5 Pa de presión cuando está en funcionamiento todo el sistema de bombeo (todas las bombas están en uso). Flujos de presión y propulsor son monitoreados en tiempo real a través de flujo de masa integral lectura cajas y medidores de presión. El PSEC se emplea sobre todo en las pruebas de resistencia de los propulsores. Los propulsores son despedidos por largos períodos de tiempo para evaluar los efectos del daño de plasma en los canales de descarga y en su vida. Además, como se muestra en la figura 2, una red de controlador de flujo gas complejos en este centro permite la conexión rápida de otros propulsores de la materia prima al cátodo y los ánodos para probar la compatibilidad de los propulsores con nuevos propulsores y los efectos de la Este último sobre el rendimiento de la hélice. Esto es de mayor interés a los grupos de investigación trabajando en "respiran aire" Propulsores eléctricos utilizando propulsores nuevos durante la operación.
Instalaciones integradas de diagnóstico (diagnóstico multimodal)
Diferentes instalaciones diagnóstico integradas, equipadas con sistemas robóticos integrado automatizado (ventila-μs)19,23, se han desarrollado para los dos sistemas de PSEC y AFPC para diagnóstico en diferentes escalas y efectos.
Diagnóstico integrado de PSEC
Las herramientas de diagnóstico en el PSEC esencialmente dependen de monitoreo en tiempo real de descarga a través de las operaciones de extendido. El sistema de gestión de calidad monitores de gases residuales en la instalación de especies contaminantes que surgen de la pulverización del material durante una descarga. Estas trazas se controlan cuantitativamente en el tiempo para evaluar las tasas de erosión del canal de descarga y los electrodos de la hélice para estimar la vida útil de la hélice. El espectrómetro de emisión óptica (OES) complementa este procedimiento mediante el control de las líneas espectrales correspondientes a las transiciones electrónicas de las especies contaminantes debido a la erosión, como el cobre de la electrónica. OES también permite diagnósticos de plasma no invasivo y monitoreo activo de Perfil de pluma que evalúa cualitativamente el rendimiento de la hélice. Por último, una sonda robótica de Faraday que puede ser controlada remotamente, o modo totalmente autónomo, se utiliza para derivar barridos rápida del perfil de pluma para optimizar la colimación de la viga a través de la forma paramétrica variando las condiciones de descarga (figura 3).
Diagnóstico integrado de la AFPC
El lujo del espacio físico en el AFPC permite la instalación de múltiples sistemas de hélice en varios lugares debido a su diseño modular, permitiendo para la instalación de enchufe-y-juego-como para el diagnóstico de varios simultáneamente. La figura 4 muestra la sección transversal interna de la AFPC en varias configuraciones, con la plataforma de medición de empuje completamente suspendido quadfilar siendo su artefacto más notable y permanente. Sistema de torreta, controlado de forma autónoma o inalámbricamente a través de aplicaciones para Android utilizando microcontroladores y los módulos de Bluetooth, entonces se puede montar en una manera modular frente a la hélice para obtener características de la pluma a través de la instalación de varias sondas como Faraday, Langmuir y analizador de potencial retraso (RPA). También se muestra en la figura 4 es la capacidad de la AFPC permite el montaje configurable de sistemas de hélice de proa para el rápido diagnóstico simultáneo de varios parámetros de plasma. Los empujadores pueden montarse verticalmente en una sola columna y probaron rápidamente, uno tras otro para evitar interacciones entre los sistemas de hélice diferente. Se ha comprobado que la evaluación eficiente de hasta 3 módulos diferentes en una sola instancia es posible, así significativamente reducir el tiempo de inactividad durante la evacuación y depuración de procesos requeridos de lo contrario cuando sistemas de la prueba individual. Por otro lado, este sistema es una valiosa oportunidad para probar las Asambleas de la hélice que deben operar en un ramo, en el mismo satélite. Los empujadores pueden montarse verticalmente en una sola columna y probaron rápidamente, uno tras otro para evitar interacciones entre los sistemas de hélice diferente. Ha sido probado para ser eficaz en la evaluación de hasta 3 módulos diferentes en una sola instancia, significativamente reducir el tiempo de inactividad durante la evacuación y depuración de procesos requeridos de lo contrario cuando sistemas de la prueba individual.
Es de vital importancia para determinar el empuje en sistemas de micropropulsion exactamente así que parámetros como eficiencia, ηeff y el impulso específico sp, son precisos, por lo tanto, dar una representación confiable de la dependencia de rendimiento de la hélice en varios parámetros de entrada como flujo de propelente y energía suministrada a los diferentes terminales de los propulsores como se muestra en las ecuaciones 1 y 2. Explícitamente, evaluación del desempeño de los sistemas de micropropulsion por lo general gira en torno a la medida del empuje generado por el sistema en varios parámetros de funcionamiento. Por lo tanto, sistemas de evaluación de desempeño necesitan ser calibrados con un conjunto de normas antes de ser instalado en el ambiente del espacio para el uso en el diagnóstico y pruebas para asegurar su fiabilidad y exactitud19.
<img alt="Ecuación de eficiencia cuántica, ηeff = T² / 2mP, representación de fórmula para el análisis de sistemas ópticos." src="/files/ftp_upload/58466/58466eq1.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Equation 1">
<img alt="Ecuación de impulso específico \( I_{sp} = \frac{T}{mg} \) fórmula, diagrama de análisis de propulsión." src="/files/ftp_upload/58466/58466eq2.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Equation 2">
Sistemas típicos emplean fuerza calibración externamente antes de unidades de medida de empuje están instaladas en el entorno de prueba38. Sin embargo, tales sistemas no tienen en cuenta para los entornos de espacio que afectan a las propiedades del material de las normas de calibración y de vacío eléctrico y térmico influye en la degradación de los estándares de calibrado en el transcurso dinámico de evaluación del desempeño de los empujadores. La unidad automatizada calibración inalámbrica que se muestra en la figura 5, por el contrario, permite calibración in situ del sistema en el entorno simulado antes de la hélice está en funcionamiento. Esto representa los efectos dinámicos del entorno de prueba en la etapa de medición y permite la rápida recalibración del sistema antes de la cocción de los propulsores. El sistema también cuenta con una unidad de verificación de empuje nulo modular simétrico que verifica el empuje independientemente. Es operado mientras que la hélice está operativa para el análisis in situ de la derivada empujes de determinado condiciones de descarga. Todo el proceso se realiza a través de aplicaciones MATLAB, permitiendo a los usuarios concentrarse en la optimización del hardware y diseño de sistemas de propulsión y acelera la prueba de tales sistemas. Detalles de este método se profundizaría en la subsección siguiente.

<table><tbody><tr><td>Microcontrolador</td><td>Arduino Arduino</td><td>Arduino Uno Rev 3</td><td></td></tr><tr><td>Dispositivo de comunicación Bluetooth</td><td>SG Botic</td><td>WIR-02471</td><td></td></tr><tr><td>Bomba criogénica</td><td>ULVAC</td><td>CRYO-U12HLE&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Osciloscopio digital</td><td>Yokogawa</td><td>DLM 2054</td><td></td></tr><tr><td>Bomba seca</td><td>Agilent</td><td>Triscroll-600</td><td></td></tr><tr><td>Sensor de desplazamiento láser de alta resolución</td><td>Micro-Epsilon</td><td>optoNCDT ILD-1420-50</td><td></td></tr><tr><td>Controlador de flujo másico</td><td>MKS</td><td>MKS M100B</td><td></td></tr><tr><td>Espectrómetro de emisión óptica</td><td>Avantes</td><td>AvaSpec-ULS2048XL-EVO</td><td></td></tr><tr><td>Torre de servomotor</td><td>Pro</td><td>Servomotor SG90</td><td></td></tr><tr><td>Motor paso a paso</td> Motor <td>oriental</td><td>PKP213D05A</td><td></td></tr><tr><td>bomba turbomolecular</td><td>Pfeiffer</td><td>ATH-500M</td><td></td></tr></tbody></table>

optimización, pruebas y diagnóstico de propulsores hall miniatura

Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters

Satélites y naves espaciales miniaturizadas requieren hélices de bajo empuje inteligentes, altamente eficientes y durables, extendida y confiable funcionar sin asistencia y ajuste. Termoquímicos propulsores que utilizan propiedades termodinámicas de gases como un medio de aceleración tienen limitaciones físicas en su velocidad del gas de escape, dando como resultado bajo rendimiento. Además, estos motores demuestran muy poca eficiencia en pequeños empujes y pueden ser inadecuados para continuamente los sistemas operativos que proporcionan control adaptativo en tiempo real de la orientación de la nave espacial, velocidad y posición. En contraste, sistemas de propulsión eléctrica que utilizan campos electromagnéticos para acelerar los gases ionizados (es decir, plasmas) no tiene ninguna limitación física en términos de velocidad de escape, permitiendo la eficiencia prácticamente cualquier masa y el impulso específico. Propulsores de bajo empuje Hall tienen una vida útil de varios mil horas. Sus rangos de voltaje de descarga entre 100 y 300 V, funcionando a una potencia nominal de < 1 kW. Varían de 20 a 100 mm de tamaño. Propulsores de gran sala pueden proporcionar fracciones de millinewton de empuje. En las últimas décadas, ha habido un creciente interés en sistemas de propulsión de alta eficiencia a los satélites de la unidad de 50-200 kg, pequeña masa y baja potencia. En este trabajo, demostraremos cómo construir, probar y optimizar un pequeño (30 mm) hélice de salón capaz de propulsar un pequeño satélite que pesa unos 50 kg. Mostraremos la hélice en un simulador de entorno de gran espacio y describir cómo se mide el empuje y parámetros eléctricos, incluyendo las características del plasma, se recogen y procesan para evaluar parámetros de hélice clave. También demostraremos cómo la hélice está optimizada para que sea uno de los propulsores pequeños más eficientes jamás construidos. También abordaremos retos y oportunidades presentados por los nuevos materiales de hélice.

Procedimiento de calibración de empuje y de evaluación del desempeño
Evaluación de los valores de empuje de la etapa de medición de quadfilar empuje viene en dos fases. La primera fase es mediante la obtención de factores de calibración de la unidad de calibración inalámbrica automatizada que se muestra a la derecha de la figura 5. En este proceso de calibración, pesas finas se baja...

Aquí, presentamos un protocolo para probar y optimizar los sistemas de propulsión espacial basados en miniatura propulsores de tipo Hall.

Optimización, pruebas y diagnóstico de propulsores Hall miniatura

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without ...

El objetivo general de esta presentación, es presentar la metodología involucrada en la prueba de propulsores de propulsión eléctrica especializadas en una instalación de simulación de entorno espacial basado en tierra. Los métodos involucrados cuentan con sistemas automatizados que incorporan integración hardware-software para realizar sistemas inteligentes para diagnósticos automatizados o remotos y evaluación del rendimiento de módulos de propulsión y otras cargas útiles en el espacio. El centro de propulsión espacial, Singapur, es un centro de investigación en el Instituto Nacional de Educación de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur.Los entornos de prueba desarrollados aquí incluyen dos instalaciones de simulación de entorno espacial para diferentes propósitos. El simulador de entorno espacial a escala se emplea principalmente en las pruebas de por vida de los propulsores. Los propulsores se disparan durante largos períodos de tiempo en esta instalación para evaluar los efectos del daño plasmático en los canales de socorro.y posteriormente para inferir la vida útil de los propulsores. El escenario suspendido cuatrilar permite una visualización adecuada de cómo los módulos de propulsión montados en diferentes cargas útiles pueden influir en la maniobra in situ en el espacio. Esto se simula a través del montaje y suspensión de toda la carga útil en el sistema suspendido.Los propulsores pueden ser disparados y la plataforma suspendida donde se montan los módulos se accionan de acuerdo con las condiciones en el espacio. El péndulo cuatrilar también acelera el proceso de nivelación, calibración e instalación de propulsores y módulos para pruebas en el entorno espacial. Con esta configuración sólo se requiere un operador en la instalación de prueba para utilizar la modulación de frecuencia en los cables torsional, para nivelar y calibrar todo el sistema.En el simulador de entorno espacial a gran escala, aparte de la etapa de empuje suspendido cuatrilar que permite la derivación in situ del empuje, las sondas robóticas de accionamiento espacial modular también se pueden personalizar para el montaje a través de unidades de fijación configurables. También vale la pena señalar que la gran Instalación para el Medio Ambiente Espacial cuenta con numerosos puntos de montaje y filtros electrónicos de agarre al vacío para permitir la instalación de múltiples propulsores y equipos de diagnóstico para la evaluación simultánea del rendimiento. Esto reduce el tiempo de inactividad incurrido cuando la cámara es evacuada y bombeada durante los procesos de instalación y reconfiguración de acceso si las pruebas se realizaran individualmente.Ahora pasaremos por los procedimientos de instalación y calibración del péndulo cuatrilar antes de probar las unidades de propulsión. En primer lugar, asegúrese de que todos los componentes estén instalados en la cámara según sea necesario para las pruebas posteriores. Pruebe la conectividad de las herramientas de diagnóstico externamente antes de sellar la cámara.Utilice el control integrado de la instalación para sellar la cámara. Encienda las bombas de vacío en cascada a partir de las bombas secas, las bombas turbo moleculares y luego las bombas criogénicas. Utilice las aplicaciones desarrolladas para sincronizar sus dispositivos con los transpondedores inalámbricos en la cámara.El proceso de sincronización se ha completado cuando el LED parpadeante de los transpondedores deja de parpadear. Una vez que se ha obtenido el vacío deseado y la lectura inicial se quita del sensor de desplazamiento láser como línea de base. Utilice la aplicación desarrollada para activar la reducción de un peso calibrado para la traducción de la fuerza en la etapa cuadrática.Registre el desplazamiento desde el sensor de desplazamiento láser. Repita el proceso de reducción de pesos y registro de la etapa cuadrática de desplazamiento hasta que se gasten todos los pesos de calibración. Dibuje una curva de calibración para obtener el factor de calibración del sistema instalado en la etapa cuatrilar.Los propulsores pueden ser disparados y los parámetros deseados pueden ser capturados en tiempo real por el programa de adquisición de datos escrito por investigadores internos. Alternativamente, se puede utilizar una aplicación integrada para automatizar completamente el proceso de calibración mientras se sincroniza la secuencia de accionamiento de los motores y la adquisición de datos de los sensores en consecuencia. Ahora revisaremos los procedimientos para verificar de forma independiente los parámetros de empuje obtenidos a una medición nula y cómo se puede activar un proxy accionado espacialmente para obtener perfiles de penacho después de que se hayan realizado mediciones de empuje.En primer lugar, tome una lectura de línea base del péndulo cuatrilar en la posición de equilibrio. Alternar los parámetros operativos a los valores deseados desde el panel de control del propulsor y disparar el propulsor. Una vez que se dispara la confianza, espere a que las oscilaciones en el péndulo cuatrilar se estabilicen.Después de la estabilización, utilice la aplicación de control para el sistema de medición nulo para desencadenar la reducción de pesos. Los pesos se bajan continuamente hasta que la etapa cuatrilar se acciona de nuevo en equilibrio. Una vez alcanzada la posición de equilibrio, se termina la secuencia de accionamiento y se determina la fuerza necesaria para devolver el sistema cuatrilar al equilibrio.A continuación, se activa un bloque de tapón para impedir que la etapa cuadrifica se mueva. A continuación, se realiza una secuencia de barrido en el soporte de la sonda de medición espacial. Una secuencia sincronizada se coloca en bucle para adquirir datos del sondeo en cada ubicación espacial y se almacena en una matriz para analizarla en consecuencia.Otras sondas se pueden personalizar para montarse en el accesorio modular para utilizar información espacial en los perfiles de plumas. En esta sección vamos a repasar los resultados típicos obtenidos de una secuencia de calibración, así como los perfiles de plumas típicos obtenidos a través de un barrido de sonda faraday. La calibración del empuje cuatrilar a la etapa de medición se realiza a través del empleo de ese motor de sonda accionado para el sistema de traducción.Con el fin de derivar los factores de calibración necesarios para la derivación de empuje durante la tarea experimental. Una secuencia que activó un operador de un programa automatizado para reducir los pesos de calibración finos que actúan verticalmente y se traduce horizontalmente para simular el accionamiento cuando se dispara el propulsor. Las lecturas de un sensor de desplazamiento láser de alta resolución se toman en cada intervalo y, a continuación, se dibuja una curva de calibración para obtener el factor de calibración para mediciones posteriores en el sistema.En esta figura, vemos una curva de calibración típica dibujada durante un único proceso de calibración automatizada. Como se puede ver, la alineación y configuración adecuadas de la etapa cuadrifilar da como resultado una gráfica de calibración muy lineal que produce un factor de calibración de 27,65 mili newtons por voltio. En una configuración estandarizada para mediciones de empuje en una amplia gama de fuerzas.La configuración también se puede modificar para que se ajuste a los pesos de calibración para regímenes extendidos como se muestra en esta gráfica de calibración. Los cables torsionales se ajustan para la sensibilidad y se incluyen pesos de calibración finos y de curso para producir una gráfica de calibración que es lineal en ambos regímenes. En esta figura se muestra una muestra de las mediciones in situ para el empuje derivado.Esta figura muestra cómo un operador es capaz de monitorear la dependencia del empuje en la tensión de descarga. Durante el transcurso del experimento, hasta que se extinga la descarga. Usando la etapa de mediciones de empuje cuatrilar, pudimos medir el empuje producido por todo el propulsor a varias potencias de entrada dadas por la corriente de descarga y la tensión aplicada.A través de esta información, se puede obtener la variación de la eficiencia y el impulso específico con respecto a la potencia de entrada. Estas cifras muestran cómo el empuje y el impulso específico varían con la potencia de entrada a cuatro velocidades de flujo de masa diferentes. Y esta figura muestra cómo la eficiencia depende de la potencia de entrada.Los resultados muestran que el propulsor se ha optimizado para trabajar a la potencia de entrada es inferior a 100 vatios, donde los caudales bajos han dado lugar a eficiencias de casi 30%Después de que se dispara el propulsor se activa una secuencia de medición nula para verificar independientemente la confianza obtenida del sistema. Cuando se dispara el empuje, la etapa se desplaza de acuerdo con la magnitud de la propulsión derivada del sistema. La unidad de medida nula es una unidad de calibración opuesta montada en el sistema simétrico, que utiliza un sistema de traslación de fuerza similar para accionar la etapa de nuevo al equilibrio.Un sensor de desplazamiento láser monitorea activamente el desplazamiento a lo largo de la medición y activa el sistema de activación para activar una secuencia que termina solo cuando se alcanza el equilibrio de línea base. Un operador también es capaz de visualizar los perfiles de plumas in situ como se muestra en esta figura. Esta figura muestra cómo la potencia de descarga influye en la magnitud de la densidad de corriente de hierro pico y la anchura completa a la mitad máxima en consecuencia.Se sabe que los procesos físicos que son intrínsecos al plasma impulsan y controlan la autoajeción y el autoensamble durante la síntesis de materiales. en QUT en colaboración con fuentes de plasma y centro de aplicación, estudiamos cómo estos bloques de construcción se forman, moldean y entregan a las superficies en las diferentes condiciones plasmáticas. Esperamos que al comprender cómo se comportan estas nanoe estructuras de forma plasmática seamos capaces de diseñar procesos que garanticen la entrega e incorporación oportunas y eficientes sólo para agregar el sitio donde realmente se necesita la reparación.Proporcionándonos sistemas de propulsión por plasma que son más largos y más eficientes. En esta presentación hemos presentado una visión general de las consideraciones realizadas al diseñar una instalación para la prueba de sistemas de propulsión y módulos desplegables en un entorno espacial simulado. Además, hemos demostrado la versatilidad y las fortalezas del uso de sistemas basados en microcontrolador para la adquisición y análisis de datos in situ, que se pueden adaptar rápidamente para realizar otros modos de evaluación en función de las demandas operativas de la misión en consecuencia.

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Investigación

JoVE Journal

Engineering

Ingeniería

El objetivo de este protocolo es introducir el diseño de 100 kW clase campo aplicado magnetoplasmadynamic hélice de proa y métodos experimentales.

Un 100 KW clase campo aplicado Magnetoplasmadynamic hélice de proa

Construimos un modelo de simulación para evaluar las características del flujo de la bomba y el rendimiento del conjunto de motobomba coaxial de un solo eje en actuadores electrohidrostáticos e investigar experimentalmente la eficiencia general en un amplio conjunto de condiciones de trabajo del conjunto motor-bomba.

Modelado y análisis experimental del conjunto de motobomba coaxial de un solo eje en actuadores electrohidrostáticos

Un modelo de simulación que apoya específicamente el diseño preliminar de una bomba de desplazamiento electrovariable (EVDP) se desarrolla y se verifica parcialmente mediante experimentos. El rendimiento del control, la vida útil, la fiabilidad, etc., se pueden evaluar utilizando el modelo propuesto, que cubre los principales requisitos de rendimiento en la tarea de diseño preliminar evDP.

Un método de modelado y simulación para el diseño preliminar de una bomba de desplazamiento electrovariable

El uso de guías de ondas de luz de cristal fotónico lentos y cavidades ha sido ampliamente adoptado por la comunidad fotónica en muchas aplicaciones diferentes. Por lo tanto la fabricación y caracterización de estos dispositivos son de gran interés. En este trabajo se describe nuestra técnica de fabricación y dos métodos de caracterización óptica, a saber: la dispersión interferométrica (guías de onda) y resonancia (cavidades).

Fabricación y caracterización de guías de onda de cristal fotónico luz lenta y cavidades

Se describe la técnica de mezcla de cuatro ondas de femtosegundos, incluyendo configuraciones resueltas espectralmente y resueltas en el tiempo.  Ilustramos la utilidad de esta técnica para la investigación de propiedades físicas cruciales en los semiconductores magnéticos diluidos III-V, proporcionadas por su no linealidad y alta resolución temporal.

La medición de la coherencia Decay en GaMnAs Usando Femtosecond onda Cuatro Mezcla

Se presenta un protocolo para la producción de vidrio sintético de fusión nuclear, similar a la trinitita.

Producción de masa fundida de vidrio sintético Nuclear

Para este estudio radiación sincrotrón micro-tomografía, una técnica de imágenes no destructivo de tres dimensiones, se emplea para investigar un paquete microelectrónico entero con un área de sección transversal de 16 x 16 mm. Debido al alto flujo y el brillo del sincrotrón la muestra fue fotografiada en sólo 3 minutos con una resolución espacial de 8,7 micras.

El uso de la radiación del sincrotrón Microtomografía encargado de investigar multi-escala Paquetes microelectrónicos tridimensionales

Aquí se presenta un protocolo para la prueba electroquímica de una batería aprótica deLi-O2 con la preparación de electrodos y electrolitos y una introducción de los métodos de caracterización más utilizados.

Protocolo de prueba electroquímica y caracterización de aprótico Li-O<sub&gt; 2</sub&gt; batería

resonadores de microondas superconductores son de interés para la detección de aplicaciones de computación cuántica, la luz y caracterización de materiales. Este trabajo presenta un procedimiento detallado para la fabricación y caracterización de los parámetros de dispersión resonador superconductor de microondas.

Fabricación y caracterización de resonadores superconductores

Se presenta un protocolo para la medición de velocidades de la llama de una mezcla reactiva compuesta de nonoxide tetraiodine (I 4 O 9) y el aluminio (Al). También se presenta un método para la resolución cinética de la reacción utilizando calorimetría diferencial de barrido (DSC). Se encontró que 4 O 9 es 150% más reactivos que los otros óxidos de yodo (V).

Cinética de la reacción de combustión y la dinámica de la I<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; Y mezclas de aluminio

Aprende a optimizar y diagnosticar propulsores Hall miniatura mediante sistemas automatizados de hardware y software. Este protocolo evalúa el rendimiento en instalaciones de simulación espacial, mejorando la eficiencia de los sistemas de propulsión eléctrica.

Optimización, pruebas y diagnóstico de propulsores Hall miniatura

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